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第6章 太阳系(3)

人们利用放射性元素蜕变来计算岩石的年龄。放射性元素在蜕变时,速度很稳定,且不受外界条件影响。在一定时间内,一定量的放射性元素,分裂多少份量,生成多少新物质都有确切数字。如一克铀在一年中有七十四亿分之一克裂变为铅和氦。因此可根据岩石中现有多少铀和铅,推算岩石年龄。地壳由岩石组成,这样就能得知地壳的年龄(有人算出为约30亿年)。

地壳年龄还不等于地球的实际年龄,因为在形成地壳前,地球还要经过一段表面处于熔融状态的时期,加上这段时期,地球年龄估计约46亿年。人类居住的地球就是这样一直演化到现在,逐渐形成现在的面貌。

大气圈:大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层,它包围着海洋和陆地。大气圈无确切上界,在2000~16000千米高空仍有稀薄气体和基本粒子。在地下,土壤和某些岩石中也有少量空气。地球大气的主要成分为氮、氧、氩、二氧化碳和约占0.04%的微量气体。地球大气圈气体的总质量约占地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用,几乎全部气体集中在离地面10万米的高度内,其中75%的大气集中在地面至1万米高度的对流层范围内。根据大气分布特征,在对流层之上还存在平流层、中间层、热成层等。

水圈:水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等,是一个连续、不规则的圈层。地球大气圈中水汽形成白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋,使地球成为一颗“蓝色行星”。

地球水圈总质量为约占地球总质量的1/3600,其中海洋水质量约为陆地水的35倍,陆地水包括存于河流、湖泊和表层岩石孔隙和土壤中的水。假如整个地球没有固体部分的起伏,那么全球将被深达2600米的水层均匀覆盖。大气圈和水圈结合,组成地表流体系统。

生物圈:存于地球大气圈、地球水圈和地表的矿物,在地球上合适的温度条件下,形成适合于生物生存的自然环境。

生物,通常是指有生命的物体,包括植物、动物和微生物。据统计,在地质历史上曾生存过的生物约有5~10亿种之多,但在地球漫长的演化过程中,绝大部分都已灭绝。

据估计,现存植物约40万种,动物约110多万种,微生物至少10多万种。这些生物生活在岩石圈上层、大气圈下层和水圈全部,在地球上形成一个独特圈层,即为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅存于地球上的一个独特圈层。

岩石圈:岩石圈主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成,从固体地球表面向下穿过地震波在近33千米处的第一个不连续面(莫霍面),一直延伸到软流圈。岩石圈厚度不均,平均厚度约为100千米。洋底占据了地球表面总面积的2/3以上,大洋盆地约占海底总面积的45%,其平均水深为4000~5000米,大量发育的海底火山分布在大洋盆地中,其周围延伸着广阔的海底丘陵。

软流圈:在距地球表面以下约100千米的上地幔中,有一个明显的地震波低速层,称为软流圈。它处于上地幔的上部。在洋底下面,它处于约60千米深度以下部分;在大陆地区,它处于约120千米深度以下,平均深度约处于60~250千米处。由于软流圈的存在,地球外圈与地球内圈被区别开来。

地幔圈:地震波除了在地面下约33千米处存在一个明显不连续面(莫霍面)之外,在软流圈之下,直到地球内部约2900千米深度的界面处,属于地幔圈。由于地球外核为液态,在地幔中的地震波S波不能穿过此界面在外核中传播,P波曲线在此界面处的速度也急剧减慢。它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面。

外核液体圈:地幔圈之下就是外核液体圈,它处在地面以下约2900~5120千米深度。整个外核液体圈基本上可能由动力学粘度很小的液体构成,其中2900~4980千米深度称为E层,完全由液体构成;4980~5120千米深度层称为F层,它是外核液体圈与固体内核圈之间一个极薄的过渡层。

固体内核圈:固体内核圈是地球8个圈层中最靠近地心的,它位于5120~6371千米的地心处。地球内层不是均质的,地球内部的密度大于地球岩石圈密度,并随深度的增加,密度也出现明显变化。地球内部的温度随深度而上升。

5·12汶川地震或与天文因素有关:大地震日期恰好发生在上弦(农历四月初八)。当天,上弦时刻出现在中午11时47分。上弦时,太阳、地球和月球排成一个直角三角形;从地球上看,太阳和月球的角度恰好等于90?。上弦当天,有来自两个不同方向的引潮力对地球施加影响。

历史上有些大地震出现在上弦或下弦前后:如里氏9.1级的美国阿拉斯加大地震,发生于1957年3月9日(农历二月初八),该天恰好是上弦;里氏8.8级的南美洲厄瓜多尔大地震,发生于1906年1月31日(农历正月初七),次日为上弦;里氏8级的中国甘肃古浪大地震,发生于1927年5月23日(农历四月廿三),次日为下弦。

汶川大地震时恰好出现在太阳月球地球3个天体处于同一个平面上。在平时,月球与太阳地球的运行不是处于同一个平面,而是有一个5?多的夹角。当三个天体处在同一个平面上,可能对地球地壳的某些板块产生特殊或共振影响。

地球为什么是倾斜的:地球以倾斜姿势绕太阳公转,致使南、北半球产生四季变化。目前,已知地轴的倾斜约以4万年作为周期变动,变动幅度在22.1?~24.5?间,地球现在的倾斜度是23.5?。如果倾角变大,南、北半球夏季日照量会大增,而冬季剧减。

据科学家说,40亿年以前,由于一颗小行星撞到地球,造成地轴倾斜,于是产生了地球的四季气候。事实上,太阳系九大行星当中,除了水星几乎垂直于黄道面外,其余行星都或多或少出现倾斜,如火星倾斜25?,土星27?,木星3?,甚至连太阳也倾斜7?,月球则倾斜6.5?,而天王星更倾斜高达98?,几乎是躺着转了!

地球是扁球:经测量发现,地球是一个南北较短的扁球,赤道半径比两极半径大约21千米。地球是自转,地球上每一部分都在作圆周运动,地球的每一点都受到惯性离心力作用,因而也都具有离开地轴向外跑的趋势。离心力的大小和它离开地轴距离成正比,赤道部分比两极部分离地轴远,所以赤道部分所受到离心力大于两极,从而使它成为一个扁球。

地球重力:地球重力是万有引力的一种表现。任何两个原子相互间都存在吸引力。桌上摆着的高尔夫球似乎并无关系,但这两个高尔夫的原子集合间存在着轻微引力。如果将高尔夫球换成质量巨大的铅块,并采用高精度测量仪器进行测量,就可把它们间的吸引力测量出来。如果高尔夫球被换成像地球这样由无数原子组成质量庞大的物体,其吸引力就很明显了。

地球重力不变是由于地球质量不发生变化。如果要改变地球重力,就必须改变地球质量。短期之内,地球质量不会发生大幅变化,地球的重力也将保持稳定。

如果地球引力消失,人、家具、汽车以及那些在桌上的铅笔纸张等都会突然间失去停留在地表的理由,成为无根之物,开始四处飘浮。同样,人类赖以生存的大气与海洋、河流与湖泊里的水因为失去地球重力,空气将逃逸到太空中,大气层不复存在。

月球就是这种情况。因为月球上的引力只有地球重力的1/6,不能留住空气形成大气层,所以月球上面几乎是真空。没有了大气,所有的生物都将灭亡,所有的液体也都会消失到太空中。总之,地球重力消失的那一刻,就意味着世界末日的到来,无人能幸免。

如果地球重力突然增加,所有物体的重量都会增加,房子、桥梁、摩天大厦等在地球重力大幅增加的情况下很可能会马上崩塌,许多植物在面对这样巨大的变化时也将难以生存。同时,地球大气压会加倍,对气候环境造成严重影响。

地球温度:地核温度约4700℃,略低于太阳光球表面温度(6000℃)。地球上最高温度发生在闪电中,一次闪电能释放100亿焦耳的能量,达30000℃,该温度是太阳表面温度的5倍,但比太阳核心温度(1400万℃)低多了。

地球上最冷的地方是北半球的“冷极”,在西伯利亚东部的奥伊米亚康,1961年1月的最低温度是-71℃。南半球的“冷极”在南极大陆,1960年8月24日气温为-88.3℃。

地球自转时快时慢:是什么原因使地球自转速度产生变化呢?天文学家对此众说纷纷。有人认为是海水涨潮影响。近来研究表明,海水涨退固然有影响,但还不是主要原因,主要原因是地球两极冰块融化,引起海水水位上升。

地球上,冰川主要分布在南极洲和北极附近的格陵兰。冰层的减少和增加,促使海水上升或下降,从而改变地球质量的分布,就会引起地球转动惯量的变化,进而影响地球自转速度变化。

世界地球日:1970年4月22日,美国人民为解决环境污染问题,自发掀起一场声势浩大的群众性环境保护运动。当天,美国有一万所中小学,2000所高等院校和2000个社区及各大团体共计2000多万人走上街头。人们高举受污染的地球模型、巨画、图表,高喊保护环境的口号,举行游行、集会和演讲,呼吁政府采取措施保护环境。

这次规模盛大的活动促使美国政府在20世纪70年代初通过水污染控制法、清洁大气法修正案,并成立美国环保局。从此,美国民间组织提议将4月22日定为“地球日”,其影响随着环境保护的发展日趋扩大并超越美国国界,得到了世界许多国家的热烈响应。

1990年4月22日,全世界100多个国家举行了各种环境保护宣传活动,参加人数达几亿人。从此,“地球日”真正具有国际性,成为“世界地球日”。

小知识

地震波

从地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波,称为地震波。地震时,震源区的介质产生急速破裂和运动,从而构成一个波源。由于地球介质的连续性,这种波动向地球内部及表层向四外辐射,形成连续介质中的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面,将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。

地震波按传播方式分为三种类型:纵波、横波和面波。纵波是推进波,最先到达震中,又称P波,它使地面发生上下振动,破坏性较弱;横波是剪切波,第二个到达震中,又称S波,它使地面发生前后、左右抖动,破坏性较强;面波又称L波,是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波,其波长大、振幅强,只能沿地表面传播,是造成建筑物强烈破坏的主要因素。

矮行星

矮行星,也叫侏儒行星。2006年8月24日,国际天文联合会重新对太阳系内天体分类后新增加的一组独立天体。此定义只适用于太阳系内。决议文对矮行星的描述如下:以轨道绕着太阳的天体;有足够质量以自身重力克服固体应力,使其达到流体静力学平衡的形状(几乎是球形的);未能清除在近似轨道上的其他小天体;不是行星的卫星,或是其他非恒星天体。根据国际天文联会最新数据,矮行星有谷神星、冥王星、阋神星、鸟神星、妊神星。

谷神星:谷神星又被称为1号小行星,是火星与木星之间的小行星带中。人们最先发现的一颗小行星,是由意大利人皮亚齐在1801年1月1日发现。其平均直径为952千米,是月球直径的1/4,质量约为月球的1/50。

谷神星是目前太阳系中最小的、也是唯一的一颗位于小行星带的矮行星。2003年底及2004年初,哈勃太空望远镜首度摄得谷神星外貌,发现它近似球形,且表面有不同的反照率,相信拥有复杂的地形,有天文学家甚至推测谷神星的具有冰质的幔及金属的核心。

2006年6月,美国太空总署将发射Dawn探测器前往谷神星,预计于2015年8月到达。电脑模型表明,谷神星的内部分为不同层次:稠密物质在核心,比较轻的物质靠近表层。它可能包括一个富含冰水的表层,里面是一个多岩石的核心。美国太空望远镜科学研究所发表报告说明,如果谷神星表层25%由水构成,那么其淡水含量会比地球还多。

鸟神星:鸟神星是太阳系内已知的第三大矮行星,直径约为冥王星的3/4,没有卫星。鸟神星的平均温度极低,显示它的表面覆盖着甲烷与乙烷,并可能还存在固态氮。

2008年6月11日,国际天文联合会将鸟神星列入类冥矮行星的候选者名单内。类冥矮行星是海王星轨道外的矮行星的专属分类,2008年7月,鸟神星正式被列为类冥矮行星。

截至2009年,鸟神星距离太阳52天文单位;几乎是在它轨道上离太阳最远的地方。鸟神星具有高达29°的轨道倾角和约0.16的中度离心率,但鸟神星的轨道在半长轴与近日点处都要离太阳稍微远一些。它的轨道周期约310年。

太阳系最小行星--冥王星:在太阳系的九大行星中,冥王星距离太阳最远,约59亿千米,因而那里的光线非常微弱,感觉寒冷阴暗。

冥王星的发现可算得上是“好事多磨”。冥王星亮度很弱,要想在几十万颗星星中找到它,好比大海捞针。1930年1月21日,美国天文学家终于在双子星座的底片中发现了这颗新行星。

冥王星轨道的偏心率、轨道面对黄道面的倾角比其他行星大,冥王星在近日点附近时比海王星离太阳还近,这时海王星就成了离太阳最远的行星。每隔一段时间,冥王星和海王星会彼此接近,但不必担心它们会碰撞,因为它们的轨道平面并不重合,就算在交叉点附近,它们的间距仍很大,它们会像运行于立体交叉公路上的车辆一样,各自飞驰而过。

冥王星降级矮行星后改名“类冥王星”:国际天文学联合会大会2006年8月24日投票决定,不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星,而将其列入“矮行星”。降级为“矮行星”的冥王星有了新地位,它将同一些“矮行星”一起称为“类冥王星”。

“类冥王星”的定义是指轨道在海王星之外、围绕太阳运转周期在200年以上的星体,它自身的重力必须和表面力平衡,使其形状呈圆球形。

“类冥王星”在运转时,不会撞击其他星体。目前符合“类冥王星”定义的除了冥王星之外,还有厄里斯。另一个矮行星--谷神星则不符合“类冥王星”的定义,理由是它在火星和木星之间的小游星带之中。

卫星

卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体或人造天体,如月球就是最明显的天然卫星。